Atrapan múltiples longitudes de ondas de luz en un solo chip

Científicos norteamericanos han conseguido atrapar múltiples longitudes de ondas de luz en un solo chip, abriendo así nuevas posibilidades a las comunicaciones ópticas. Por el momento, han logrado atrapar las ondas de luz que van desde el rojo al verde, pero el objetivo de estos investigadores es atrapar una longitud de onda más amplia, que abarque del rojo al azul. Quieren atrapar el arco iris entero, según explican. La luz viaja en general muy rápidamente, pero las estructuras que crean la banda ancha pueden reducirla de forma significativa, añaden. "Es como si se pudiera sostener la luz en una mano".

Uno de los retos que la comunidad científica aún no ha logrado superar es detener la luz por completo. Por ello, son muchos los investigadores que estudian los mecanismos que permitan captar ondas de luz y reducir su velocidad o incluso pararla totalmente.

Uno de estos investigadores es el joven ingeniero eléctrico Qiaoqiang Gan, de la Universidad de Buffalo de Nueva York, que trabaja desde hace años en esta línea con el objetivo de reducir las ondas de luz y conseguir así grandes avances en el campo de las comunicaciones ópticas, tal y como recoge este comunicado emitido por dicha universidad.

Junto con Gan, un equipo formado por los ingenieros eléctricos y químicos, Filibert Bertoli, Yongkang Gao, Yujie Ding, Kyle Wagner y Dmitri Vezenov, todos ellos de la Universidad de Lehigh, tratan de demostrar que todas las longitudes de ondas de luz se pueden ralentizar empleando un tipo de materiales que ellos mismos han desarrollado.

Estructuras capaces de frenar la luz

Según el comunicado emitido por la Universidad de Buffalo, la mayoría de los planteamientos anteriores habían señalado que la luz sólo se puede frenar sobre una gama estrecha de longitudes de ondas de luz. Pero Gan y su equipo han dado un paso adelante en este sentido, y mediante el desarrollo de una estructura metálica con ranuras en forma de rejilla han sido capaces de parar o detener las ondas de luz en un rango de longitud de onda muy amplia. De esta forma, han abierto la puerta a la posibilidad de controlar las ondas de luz en un chip.

Este logro, del que se hace eco Eurekalert, había sido previsto antes únicamente por estudios teóricos sobre metamateriales. Los resultados obtenidos resultan prometedores para la mejora del almacenaje de datos, del procesamiento de datos ópticos, de células solares y de sensores biométricos, entre otras tecnologías.

Por el momento, los científicos han logrado atrapar las ondas de luz que van desde el rojo al verde. “Ahora estamos concentrados en atrapar una longitud de onda más amplia, que abarque del rojo al azul. Queremos atrapar el arco iris entero”, avanza Gan.

El arco iris es un fenómeno óptico que presenta, en forma de arco de bandas concéntricas, los siete colores elementales, y que está causado por la refracción o reflexión de la luz solar en el agua pulverizada, generalmente perceptible en la lluvia.

Estos colores a los que se refiere la definición anterior son el rojo, el naranja, el amarillo, el verde, el azul, el añil y el violeta, y son producto de la descomposición de frecuencias de la luz.

Capaces de frenar la luz

Las estructuras desarrolladas por Gan y sus colaboradores en su estudio son capaces de atrapar múltiples longitudes de onda de la luz en un solo chip, mientras que los métodos convencionales sólo pueden atrapar una sola longitud de onda en una longitud de onda estrecha.

"La luz viaja en general muy rápidamente, pero las estructuras que crean la banda ancha pueden reducirla de forma significativa", dice Gan. "Es como si se pudiera sostener la luz en una mano."

En un artículo publicado por la revista PNAS, Gan explica que el objetivo final de sus investigaciones es lograr un gran avance en las comunicaciones ópticas de multiplexado, que es la transmisión de información (en cualquier forma) de más de una fuente a través de un mismo medio. Si estas comunicaciones se pueden producir en múltiples longitudes de onda, y los datos ópticos llegan a ser domesticados en longitudes de onda diferentes, se aumentaría el procesamiento y la capacidad de transmisión.

"Por el momento, el procesamiento de datos con las señales ópticas se ve limitado por la rapidez con que la señal puede ser interpretada", dice Gan. "Si la señal pudiera ser más lenta, se podría procesar más información sin necesidad de sobrecargar el sistema", asegura el investigador.

Chips plasmónicos

Esta ralentización se consigue con estructuras nanoplasmónicas, un tipo de material que actúa como freno ante las ondas de luz.

Gan y sus colegas crearon estas estructuras nanoplasmónicas haciendo surcos a tamaño nanométrico y a diferentes profundidades en superficies metálicas, lo que altera las propiedades de los materiales ópticos, explican los investigadores en PNAS.

Estos chips plasmónicos proporcionan la conexión crítica entre la nanoelectrónica y la fotónica, permitiendo a su vez que estos diferentes tipos de dispositivos se integren.

Las propiedades ópticas de las estructuras nanoplasmónicas permiten, según Gan y su equipo, que diferentes longitudes de onda de la luz puedan ser atrapadas en diferentes posiciones, permitiendo potencialmente el almacenamiento de datos ópticos y mejorando la óptica no lineal.

Además, también encontraron que debido a que las estructuras nanoplasmónicas desarrolladas pueden atrapar resonancias de la luz muy lentas, pueden hacerlo a temperatura ambiente, en lugar de a las temperaturas ultra frías que se requieren en las tecnologías convencionales.

Posibles aplicaciones en biomedicina

Reconocido en 2008 por el Ministerio de Educación del Gobierno chino con el premio a estudiantes sobresalientes auto-financiados en el extranjero y con varias patentes y múltiples artículos científicos publicados en diversas revistas científicas, los intereses de investigación de Gan incluyen la nanofotónica, la plasmónica y la biofotónica.

Durante los últimos tres años, el investigador ha pasado gran parte de su tiempo tratando de controlar el movimiento de ondas de luz mediante el uso de plasmones en superficie de películas de metal nanoestructurada, publica la Universidad de Lehigh.

Qiaoqiang Gan está explorando asimismo las aplicaciones de su trabajo tanto en el ámbito de las comunicaciones como en otros campos de la ciencia. Tanto es así, que está estudiando nuevas estructuras nanoplasmónicas que podrían ser de utilidad para investigar células biológicas y biomoléculas, cuyas aplicaciones se centran en el campo de los biosensores y la biomedicina.

Fuente: tendenciasd21

Un nanosatélite buscará mundos alienígenas

Draper Laboratory y el MIT han desarrollado un satélite del tamaño de una hogaza de pan que llevará a cabo una de las mayores tareas de la astronomía: la búsqueda de planetas similares a la Tierra fuera de nuestro sistema solar—o exoplanetas—que pudieran albergar vida. Se tiene previsto su lanzamiento en 2012.

El "nanosatélite", llamado ExoPlanetSat, lleva consigo instrumentos ópticos de gran potencia y alto rendimiento, así como una nueva tecnología de control y estabilización.

Si bien con anterioridad ha existido una gran cantidad de pequeños satélites, estos se han utilizado normalmente para realizar comunicaciones simples o misiones de observación. "Estamos haciendo algo que no se ha hecho antes", afirma Séamus Tuohy, director de sistemas espaciales en Draper.

ExoPlanetSat buscará planetas midiendo la atenuación de una estrella a medida que un planeta pase en órbita por delante de ella, una técnica llamada observación de tránsito. El detector de luz del satélite tiene dos conjuntos de plano focal—uno para el seguimiento de estrellas y otro para observaciones de tránsito. La medición del cambio en el brillo de una estrella con precisión también permite calcular el tamaño del planeta. Además, al medir la cantidad de tiempo que tarda el planeta en completar su órbita, los investigadores pueden determinar la distancia del planeta a su estrella.

Esta técnica está bien establecida, aunque sólo se utiliza por naves espaciales en órbita mucho más grandes, incluyendo el satélite francés CoRoT, que hizo un importante descubrimiento planetario el año pasado, y el satélite Kepler de la NASA, lanzado en 2009. ExoPlanetSat no pretende sustituir a naves más grandes, sino ser complementario, afirma Sara Seager, profesora de ciencias planetarias y física en el MIT, refiriéndose a que el nanosatélite se centrará en estrellas individuales que las grandes naves espaciales ya han identificado como científicamente interesantes. Mientras que una nave espacial como Kepler observa alrededor de 150.000 estrellas, un nanosatélite como ExoPlanetSat está diseñado para el seguimiento de una única estrella.

Para medir con precisión el brillo de una estrella, los ingenieros deben mantener la nave estable—los fotones entrantes deben golpear la misma fracción de un píxel en todo momento, afirma Seager, quien también participa como científica en el satélite Kepler. "Cualquier disturbio que sacuda a la nave desenfoca la imagen y hace que las mediciones sean inservibles", afirma. "Además, las naves espaciales más pequeñas son más fáciles de mover".

Para controlar con precisión y estabilizar al ExoPlanetSat, Draper y los investigadores del MIT incluyeron una estructura aviónica personalizada y ruedas de reacción genéricas, un tipo de dispositivo mecánico utilizado para el control de actitud, en la base de la nave espacial para maniobrarla hasta alcanzar la posición deseada. Unos dispositivos piezoeléctricos alimentados por baterías controlan el movimiento del detector de imagen, desacoplado de la nave y que opera por separado. (La batería se cargará con paneles solares.) "Estos dispositivos mueven el detector en contra de la nave espacial de forma tan precisa que el ojo humano no es capaz de ver el movimiento", asegura Seager. "Esto es un orden de magnitud mejor que cualquier nanosatélite del que se haya hecho una demostración con anterioridad", afirma.

El nanosatélite tiene un volumen de tres litros; tiene 10 centímetros de alto, 10 centímetros de ancho y 30 centímetros de largo. "Fue una hazaña de ingeniería meter todo el hardware, incluyendo el poder de procesamiento y el almacenamiento de datos necesarios, en un tamaño tan pequeño", afirma Tuohy.

Cada nanosatélite costará como poco 600.000 dólares una vez que entre en producción—el ExoPlanetSat cuesta aproximadamente 5 millones—y su vida orbital estimada es de uno a dos años. En última instancia, afirma Seager, los investigadores esperan poner en marcha toda una flota de nanosatélites para supervisar las estrellas más brillantes y más cercanas.

Fuente: technologyreview

Un vistazo virtual bajo la piel

Un equipo de investigadores de Microsoft ha desarrollado un dispositivo portátil que ofrece a los pacientes de fisioterapia un vistazo virtual bajo su piel para ver el estado de su lesión interior. La esperanza es que esto los hará un poco más dispuestos a seguir haciendo sus ejercicios.

"Las personas somos realmente pésimas en lo que a seguir los regímenes de fisioterapia se refiere", afirma Amy Karlson, del Grupo de Experiencias Computacionales de Usuario de Microsoft Research. Entre el 30 y el 50 por ciento de los pacientes con enfermedades crónicas no cumplen sus terapias recomendadas, continúa la investigadora. Como resultado, estas enfermedades pueden tardar más tiempo en sanar o incluso pueden empeorar.

Karlson opina que cuánta más información tengan los pacientes sobre sus lesiones, más probable es que cumplan con los regímenes de fisioterapia. La nueva herramienta, llamada AnatOnMe, tiene como objetivo aportar a los pacientes este extra de información. El dispositivo proyecta una imagen de la estructura ósea, el tejido muscular, los tendones, o los nervios sobre la piel, ofreciendo a los pacientes una mejor comprensión de la lesión y de lo que tienen que hacer para ayudar al proceso de curación, indica Karlson.

El prototipo consta de dos partes. La primera contiene un proyector portátil, o pico, una cámara digital común, y una cámara de infrarrojos. El segundo contiene un puntero láser y los botones de control. "No se trata de un dispositivo de alta tecnología", comenta Karlson, quien presentó el dispositivo esta semana en la CHI 2011, la Conferencia de la Asociación para la Maquinaria Informática sobre Factores Humanos en Sistemas Informáticos, que tuvo lugar en Vancouver.

En vez de utilizar un complicado sistema de corrección automática para hacer corresponder con precisión la imagen de la lesión interna sobre la piel del paciente, el terapeuta simplemente apunta el proyector y lo alinea a ojo. Además, con el prototipo, las imágenes mostradas no provienen realmente de las exploraciones de los pacientes sino de imágenes de pago utilizadas para mostrar uno de los seis tipos diferentes de lesiones.

Aún así, parece ser muy eficaz, defiende Karlson. Los experimentos controlados del dispositivo llevado a cabo por dos fisioterapeutas sugieren que el dispositivo alienta a los pacientes a seguir con sus terapias.

Un médico o terapeuta también podría utilizar AnatOnMe para proyectar las imágenes sobre una pared cercana. La interfaz de usuario también funciona de esta manera, comenta Karlson, con las opciones del menú proyectadas sobre una superficie. Las opciones se seleccionan mediante el puntero láser, que es detectado por la cámara de infrarrojos.

Anne E. Reicherter, miembro de la Asociación Americana de Fisioterapia y de la Escuela de Medicina de la Universidad de Maryland-Baltimore, destaca que el incumplimiento de la fisioterapia es un problema importante, en parte porque por lo general involucra ejercicio, y en parte porque implica cambiar un hábito o renunciar a un comportamiento que puede haber causado la lesión desde un principio.

"Sin embargo, la mayoría de los pacientes están muy interesados ​​en la comprensión de lo que está pasando en su cuerpo, así que algo como esto, que visualmente pueda ayudarles a comprenderlo realmente, sería realmente beneficioso", opina Reicherter. Incluso, añade Reicherter, si una cierta porción de la población, en particular los pacientes mayores, es posible que encuentren los detalles viscerales como algo de mal gusto

Fuente: technologyreview

Nanoperlas de hierro detectan sustancias tóxicas al instante

Investigadores de la Universidad de Oregón, en Estados Unidos, han diseñado un novedoso sistema que podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química actualmente existentes. Se trata de un sensor portátil formado por nanopartículas de hierro que, gracias a su magnetismo, permite detectar al instante la presencia de agentes químicos y biológicos perjudiciales para la salud.

os sistemas utilizados actualmente para detectar agentes patógenos y contaminantes presentes en el agua o en el aire, nocivos para la salud humana, presentan algunas limitaciones, como que sólo pueden hallar un producto químico específico o que sus resultados no son inmediatos y se conocen al cabo de unas horas.

Para agilizar el proceso, y conseguir que estos sistemas puedan detectar en paralelo diversos contaminantes, investigadores de la universidad norteamericana de Oregón (OSU) han desarrollado unas "nanoperlas" magnéticas.

Según explican los responsables del estudio, el profesor de química de la OSU Vicent Remcho, y Pallavi Dhagat, profesor asistente en la Escuela de OSU de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, en un comunicado emitido por dicha universidad: “Esta investigación podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química de todo el mundo”.

La clave de la tecnología, de la que se hace eco la revista Sensors and Actuators B: Chemical, está en aprovechar la capacidad de las nanopartículas ferromagnéticas de óxido de hierro.

Por un lado, estas pequeñas partículas sirven para detectar de forma selectiva la existencia de productos químicos; por otro, permiten ofrecer resultados al instante, tras ser incorporadas a un sistema de circuitos integrados.

Tal y como muestra el diagrama anterior, este novedoso método de sensores funcionaría a partir de una esfera magnética, encargada de atraer a los agentes biológicos y químicos con la ayuda de anticuerpos.

Identificación al instante

Otra de las características innovadoras de este nuevo dispositivo es su tamaño, bastante inferior a los actuales, y su usabilidad tanto dentro como fuera de los laboratorios: "Las partículas que estamos utilizando son 1.000 veces más pequeñas que las utilizadas hasta el momento en las pruebas de diagnóstico, lo que permite poder llevar el dispositivo a cualquier sitio y su utilización sobre el terreno", señala Remcho.

El material del que están hechas las nanopartículas es otro valor añadido del método diseñado por los investigadores de la Universidad de Oregón.

Según Remcho: “Igual de importante es que (las nanopartículas) están hechas de hierro. Por ello, podemos utilizar el magnetismo y la electrónica para hacerlas funcionar, también, como dispositivo de señalización, que nos dé acceso inmediato a la información disponible”.

Con esta combinación de tecnología, los científicos del proyecto saben que han dado el primer paso hacia una nueva forma de detección más rápida, precisa y económica, lejos de complicados y lentos ensayos realizados con sondas bioquímicas: “Esto podría cambiar completamente el mundo de los ensayos químicos”, augura por su parte Dhagat.

En concreto, las nanopartículas se unirían a estas pruebas bioquímicas con el objetivo de localizar agentes químicos. Cuando se detecta uno de estos agentes, una “resonancia ferromagnética” es la encargada de transmitir la información de forma electrónica a un pequeño equipo, y así mostrar la información al usuario de forma inmediata.

Aplicaciones

Según sus autores, el sistema podría ser utilizado para detectar casi cualquier elemento de interés en el aire o el agua.

Así, entre las múltiples aplicaciones de este sistema, los investigadores apuestan su utilización por campos tan dispares como el bioterrorismo, el diagnóstico médico o la prueba de medicamentos, la vigilancia del medio ambiente o incluso el tratamiento del agua o la seguridad alimentaria.

En relación a su uso en la lucha contra el bioterrorismo, el sistema serviría para llevar a cabo una rápida detección de las toxinas químicas utilizadas en este tipo de actos, en particular de ántrax, ricina o viruela. Para profundizar el estudio en esta línea, el trabajo de investigación ha recibido financiación del Laboratorio de Investigación del Ejército, en colaboración con el Instituto de Microtecnologías y Nanociencias de Oregón.

Los científicos norteamericanos continúan probando las utilidades de su nuevo sistema mientras prosiguen los trabajos de investigación de microfluidos con el propósito de aplicar esta tecnología en el campo.

Test para tóxicos en alimentos

En el marco de otra investigación situada dentro del proyecto europeo CONffIDENCE coordinado por el RIKILT (Instituto de Seguridad Alimentaria de los Países Bajos), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) está desarrollando unos test rápidos que permitirán detectar la presencia de contaminantes químicos en alimentos y en piensos, según un artículo publicado por el periódico ADN.

El objetivo del proyecto, que comenzó en 2008 y tiene una duración de cuatro años, es proporcionar soluciones para el seguimiento de una amplia variedad de compuestos químicos, como plaguicidas, contaminantes orgánicos persistentes, productos farmacéuticos veterinarios, antibióticos, metales pesados, toxinas del marisco o micotoxinas.

Tal y como señalan los investigadores del proyecto, los kits combinarán varias tecnologías, desde los test de tira más sencillos (que se emplean como las pruebas de embarazo) hasta tecnologías de bajo coste basadas en métodos de laboratorio.

Fuente: tendencias21

Toyota apuesta por la recarga inalámbrica de los vehículos eléctricos

Gracias a la colaboración que acaban de iniciar la empresa estadounidense WiTricity y Toyota, la marca de coches pretende impulsar el uso generalizado de sistemas inalámbricos de recarga de automóviles. La empresa utiliza el sistema de resonancia para conseguir recargar las baterías.

Básicamente existen dos tipos de recarga inalámbrica, la electromagnética, que sí requiere contacto directo entre dispositivos y por resonancia, en la que no hace falta que contacten las baterías. La primera está empezando a consolidarse entre los pequeños aparatos como los teléfonos móviles, mientras que el sistema por resonancia puede ser la solución a la recarga rápida de baterías de coches. Como explican desde Toyota, "creemos que la recarga inalámbrica mediante resonancia es adecuada para automóviles y pretendemos fomentar su aplicación práctica".

El objetivo de esta nueva colaboración es, en boca de Toyota, "acelerar el desarrollo y la futura implantación de la recarga inalámbrica para automóviles". Además explican desde la marca que cargar la batería de un vehículo híbrido enchufable podría ser "tan sencillo y práctico como aparcar cerca de un cargador integrado en un domicilio o en un aparcamiento público".

Fuente: Muyinteresante

Acelerando el proceso de curación

Damos por sentado que los cortes, magulladuras y rasguños se curan con el tiempo, pero las heridas crónicas que no sanan son un importante problema de salud para millones de personas, y la lentitud de la curación normal de las heridas deja el cuerpo susceptible a infecciones que ponen en riesgo nuestra vida. Un equipo de investigadores de la Universidad Tufts está desarrollando unos nuevos agentes que, al aplicarlos sobre las llagas abiertas, podrían eventualmente ayudar a curar las heridas crónicas con éxito, y acelerar el proceso normal de curación.

Los agentes cicatrizantes de heridas se centran en la angiogénesis, el proceso de crecimiento de los vasos sanguíneos. "Si no se pueden construir nuevos vasos sanguíneos, es prácticamente imposible curar", afirma Ira Herman, líder del proyecto y director del Centro Tufts para la Innovación en la Investigación sobre la Curación de Heridas. Cuando un tejido se daña, las células migran a la región herida y proliferan para formar nuevos vasos que suministren oxígeno y nutrientes a la capa superior de la piel. Éste es uno de los procesos que se detiene en las heridas crónicas.

Hace dos décadas, Herman y sus colaboradores demostraron por primera vez que una enzima llamada colagenasa, producida por la bacteria Clostridium histolyticum podía promover el proceso de curación en cultivos celulares y en animales. Cuando se añadía a los cultivos celulares, ésta estimulaba las células para que migraran y crecieran más rápido. "En esencia, conseguía convertir en estrellas de atletismo a los rezagados", recuerda Herman. Aunque los seres humanos también producen colagenasa, la enzima bacteriana resultó ser más eficaz. La enzima digiere el colágeno, creando pequeños fragmentos de proteína llamados péptidos. Los investigadores creen que los péptidos creados por la enzima bacteriana provocan una respuesta más robusta de las células.

Los investigadores analizaron los péptidos que fueron producidos exclusivamente por la enzima bacteriana, y sintetizaron varios de ellos para ver si alguno de ellos era capaz de promover la cicatrización de heridas por sí solo. Herman destaca que los péptidos serían más fáciles de producir y de administrar como tratamiento que las enzimas. También sería más fácil controlar sus efectos, afirma Herman. En un artículo publicado el pasado mes de septiembre en la revista Wound Repair and Regeneration, el equipo demostró que los péptidos aumentan la proliferación celular y la angiogénesis en modelos celulares constituidos por varias capas de células que imitan la estructura de la piel y los vasos sanguíneos subyacentes. Herman destaca que desde entonces, el equipo ha obtenido resultados prometedores en las pruebas de los agentes en modelos animales, y que confía avanzar la tecnología hacia los ensayos en humanos. Herman prevé que los péptidos podrían ser rociados sobre las heridas en forma de partículas secas o, tal vez, suspendidos en un gel.

Robert Kirsner, jefe de dermatología del Hospital de la Universidad de Miami, opina que la obra "ofrece una idea sobre novedosos mecanismos de reparación, que, si se consiguen capitalizar, se espera que puedan dar lugar a nuevas oportunidades para una mejor y más rápida curación."

Elizabeth Ayello, enfermera y experta en el cuidado de heridas de la Escuela de Enfermería Excelsior College, comenta, "Lo que es interesante sobre esto es que acelera la curación", lo cual Ayello indica que podría reducir las cicatrices e infecciones. Este tratamiento podría ser utilizado en los campos de batalla o en las zonas rurales que carecen de un fácil acceso a los hospitales. La aceleración de la curación, afirma Ayello, es especialmente interesante dado el alto coste y el dolor significativo que las heridas causan a los pacientes.

Fuente: technologyreview

Edificios hechos con una impresora

En la construcción convencional, los trabajadores construyen los edificios con ladrillos, vigas, columnas de hormigón, placas de vidrio y otros elementos prefabricados y producidos en masa. Neri Oxman, arquitecta y profesora en el Media Lab del MIT, tiene la intención de imprimir estos elementos—en esencia, usando hormigón, polímeros y otros materiales en el lugar de tinta. Oxman está desarrollando una nueva forma de diseñar edificios para aprovechar la flexibilidad que puede proporcionar la impresión. Si tiene éxito, su enfoque podría dar lugar a diseños que son imposibles con los métodos de construcción de hoy día.

Las impresoras 3-D existentes, también llamadas máquinas de prototipado rápido, construyen estructuras capa por capa. Hasta ahora, estas máquinas se han utilizado principalmente para crear modelos detallados de plástico sobre la base de diseños hechos por ordenador. Sin embargo, a medida que estas impresoras mejoran y son capaces de utilizar materiales más duraderos, incluyendo metales, se han convertido en una forma potencialmente interesante para crear productos de trabajo.

Oxman está trabajando para ampliar las capacidades de estas máquinas—haciendo posible cambiar la elasticidad de un polímero o la porosidad del hormigón al tiempo que son impresos, por ejemplo—y montando cabezales de impresión sobre brazos robóticos flexibles que poseen una mayor libertad de movimiento que las impresoras actuales.

Ella también se inspira en la naturaleza para desarrollar nuevas estrategias de diseño que aprovechan estas capacidades. Por ejemplo, la densidad de la madera en el tronco de un árbol de palma varía, dependiendo de la carga que debe soportar. La madera más densa está en el

exterior, donde la tensión de flexión es más grande, mientras que el centro es poroso y pesa menos. Oxman estima que hacer columnas de hormigón de esta manera—con hormigón poroso de baja densidad en el centro—podría reducir la cantidad de hormigón necesaria en más del 10 por ciento, un ahorro significativo en la escala de un proyecto de construcción.

Oxman está desarrollando un software para llevar a cabo su estrategia de diseño. Ella toma datos sobre la tensión física en una estructura, así como sobre limitaciones de diseño tales como el tamaño, forma global, y la necesidad de dejar que pase la luz en determinadas zonas de un edificio. Basándose en esta información, el software aplica algoritmos para especificar cómo deben cambiar las propiedades del material a lo largo de toda una estructura. Luego imprime pequeños modelos basados ​​en estas especificaciones.

Los primeros resultados de su trabajo son tan hermosos e interesantes que han sido destacados en el Museo de Arte Moderno de Nueva York y el Museo de la Ciencia en Boston. Un ejemplo, al que ella llama La

Bestia, es una silla cuyo diseño se basa en la forma de un cuerpo humano (el suyo) y la distribución prevista de la presión sobre la silla. El modelo resultante en 3-D cuenta con una red compleja de células y estructuras de ramificación que son suaves allí donde es necesario aliviar la presión y rígidas donde es necesario el soporte.

El trabajo está en una fase temprana, pero el nuevo enfoque de construcción y diseño sugiere muchas nuevas posibilidades. Un muro de carga podría ser impreso con elaborados patrones que correspondan a las tensiones que experimentará de la carga que soporte procedente del viento o de terremotos, por ejemplo.

El patrón también podría tener en cuenta la necesidad de permitir que la luz entre en un edificio. Algunas áreas tendrían hormigón fuerte y denso, pero en las zonas de baja tensión, el hormigón podría ser muy poroso y ligero, sirviendo sólo como barrera ante los elementos, ahorrando material y reduciendo el peso de la estructura. En estas áreas que no soportan carga, también podría ser posible imprimir un tipo de hormigón tan poroso que permita que la luz pueda penetrar, o mezclar el hormigón gradualmente con materiales transparentes. Tales diseños podrían ahorrar energía al aumentar la cantidad de luz natural dentro de un edificio y reducir la necesidad de iluminación artificial. En última instancia, podría ser posible imprimir aislamiento y ventilación eficientes al mismo tiempo. La estructura puede ser compleja, ya que no cuesta más imprimir patrones elaborados que simples.

Otros investigadores están desarrollando un tipo de tecnología para la impresión de paredes y otras estructuras de gran tamaño. Behrokh Khoshnevis, profesor de ingeniería industrial y de sistemas, y de ingeniería civil y ambiental en la Universidad del Sur de California, ha construido un sistema capaz de depositar paredes de hormigón sin la necesidad de formas para contener el hormigón. El trabajo de Oxman llevaría todo esto un paso más allá, añadiendo la capacidad de variar las propiedades del hormigón y, finalmente, trabajar con múltiples materiales.

Las primeras aplicaciones del enfoque de Oxman es probable que se produzcan a una escala relativamente pequeña, en productos de consumo y dispositivos médicos. Ella ha utilizado sus principios para el diseño y la impresión de muñequeras para el síndrome del túnel carpiano. Están personalizadas en base al dolor que experimenta un paciente en particular. El enfoque también podría mejorar el rendimiento de las prótesis.

Oxman, de 35 años, está desarrollando sus técnicas en colaboración con una serie de especialistas, tales como Craig Carter, profesor de ciencias de los materiales en el MIT. Aunque él afirma que su enfoque se enfrenta a retos en el control de las propiedades de los materiales, está impresionado con sus ideas: "No hay duda de que los resultados son sorprendentemente hermosos".

Fuente: technologyreview

Crean el primer atlas integral del cerebro humano

El Allen Institute for Brain Science, de Estados Unidos, ha lanzado el “Allen Human Brain Atlas”, que es el primer mapa del cerebro humano que integra tanto la anatomía como la genómica del cerebro. De acceso gratuito y abierto en Internet, este recurso funciona como un GPS: es capaz de identificar 1.000 localizaciones anatómicas del cerebro humano, y complementa esta información con más de 100 millones de datos sobre la expresión genética particular de cada localización, así como sobre su bioquímica subyacente. La posibilidad de observar cómo funcionan los genes a nivel cerebral ayudará a conocer este misterioso órgano, y a descubrir nuevos tratamientos para todo el espectro de trastornos y enfermedades cerebrales.

El Allen Institute for Brain Science, de Estados Unidos, ha hecho público el llamado “Allen Human Brain Atlas”, el primer mapa del cerebro humano que integra tanto la anatomía como la genómica (o información genética) del cerebro.

El empleo de las tecnologías más punteras de análisis cerebral y más de cuatro años de rigurosos estudios y trabajos de documentación han hecho posible el desarrollo de este atlas de nuestra materia gris, publica el Instituto Allen en un comunicado.

El Allen Human Brain Atlas es ya un recurso abierto para científicos, médicos y comunidad educativa en la Red. Con él se pretende acelerar la comprensión del funcionamiento del cerebro, y también potenciar nuevos descubrimientos al respecto por parte de la comunidad científica global.

Perspectivas sin precedentes

Para el desarrollo del Allen Human Brain Atlas, los investigadores del Allen Institute caracterizaron y cartografiaron la bioquímica de los cerebros de dos humanos adultos normales.

Estos procesos supusieron un estudio del cerebro exacto y detallado. Los datos obtenidos a partir de él han revelado, por ejemplo, que la similitud entre los cerebros humanos es sorprendentemente elevada, del 94%. Este parecido ha permitido establecer patrones firmes, que podrían resultar esenciales en la investigación clínica del cerebro.

Por otro lado, el análisis de los cerebros constató que al menos el 82% de todos los genes humanos está expresado en el cerebro (lo que constituye una muestra de su enorme complejidad), y proporcionó un diseño genético clave para una mejor comprensión del funcionamiento del cerebro, así como para el impulso de investigaciones sobre enfermedades neurológicas y otros trastornos cerebrales.

Según Allan Jones, director ejecutivo del Instituto Allen: “Hasta ahora, no se había realizado un mapa definitivo del cerebro humano, tan detallado. Simplemente, no existía”.

“El Allen Human Brain Atlas proporciona unas perspectivas sin precedentes de nuestro órgano más complejo e importante. Comprender cómo nuestros genes son empleados por el cerebro ayudará a los científicos y a la comunidad médica a comprender mejor (el cerebro) y a descubrir nuevos tratamientos para todo el espectro de trastornos y enfermedades cerebrales, desde las enfermedades mentales o la adicción a las drogas, hasta el Alzheimer, el Parkison, la esclerosis múltiple o el autismo”, afirma Jones.

GPS cerebral

El Allen Human Brain Atlas funciona de manera similar a un sistema de navegación GPS: es capaz de identificar 1.000 localizaciones anatómicas del cerebro humano.

El atlas complementa esta información espacial con más de 100 millones de datos sobre la expresión genética particular de cada localización, así como sobre su bioquímica subyacente.

De este modo, puede ser utilizado por los científicos como herramienta para la exploración del cerebro, por ejemplo, para identificar cómo las enfermedades o los traumas, incluidas las lesiones cerebrales o los trastornos de la salud mental, afectan a áreas específicas del cerebro.

El atlas Allen hace posible asimismo, desde determinar con precisión en qué parte del cerebro actúa una droga específica, hasta controlar el grado de eficiencia de numerosas terapias.

Un aspecto clave que hace de este mapa cerebral una potente herramienta de investigación es que en él se integran, completamente, diferentes tipos de datos que han sido recopilados con diversas metodologías de exploración cerebral.

El Atlas incorpora así tanto imágenes del cerebro tomadas con tecnología de resonancia magnética (RMI) o de tensor de difusión (ITD), como datos histológicos (referentes a los tejidos del cerebro) y datos de expresión genética, derivados de metodologías como la técnica de hibridación in situ o biochips (que son micromatrices en las que se depositan los genes para su estudio).

Pasado y futuro

En 2006, el Instituto Allen culminó la cartografía del cerebro de un ratón adulto, el llamado “Allen Mouse Brain Atlas” y, de igual forma, la puso a disposición gratuita de los científicos.

Aquellos datos propiciaron importantes avances de investigación sobre el cerebro en todo el mundo, tal y como reflejan los más de 500 artículos publicados desde entonces, en los que se cita dicho mapa.

Los creadores del “Allen Human Brain Atlas” creen que este nuevo recurso también resultará útil a investigadores biomédicos de todo el mundo, y en especial a los neurocientíficos.

Los científicos que estén investigando el cerebro humano, y aquéllos que trabajen con modelos de ratones u otros, encontrarán en esta herramienta una oportunidad de probar tanto la relevancia de sus propios descubrimientos como sus potenciales aplicaciones en el cerebro humano.

Asimismo, el mapa cerebral Allen podrá ser usado a pequeña y gran escala para examinar enfermedades y trastornos desde la perspectiva del cerebro, como la obesidad, el Parkinson, la esquizofrenia, etc., así como para explorar el funcionamiento del cerebro humano sano.

En los próximos años, el Allen Institute for Brain Science continuará expandiendo este recurso, con nuevos datos tomados de otros cerebros y con mejoras en las herramientas de búsqueda, de análisis y de revisión de datos.

Otros mapas

El Allen Human Brain Atlas no es el primer mapa que se crea del cerebro humano. Ha habido otros proyectos, aunque no centrados en la relación del cerebro con los genes. En 2003, por ejemplo, un consorcio internacional lanzó el primer atlas del cerebro humano, que fue elaborado a partir del estudio de 7.000 cerebros de personas, con un total de 40 billones de datos recopilados.

Este primer atlas mostraba los planos del cableado y los circuitos de las neuronas, la bioquímica y la biología molecular de las estructuras y las funciones cerebrales, e iba destinado a la exploración minuciosa de los mecanismos de la actividad cerebral.

Asimismo, también en 2010, neurólogos de la Universidad de Tel Aviv, en colaboración con científicos de diferentes partes del mundo, anunciaron que pretendían generar un “atlas cerebral” para la comprensión del desarrollo y el funcionamiento de ciertas enfermedades del ser humano, como el autismo o la esquizofrenia, trastornos que hasta ahora no han podido “localizarse” en áreas concretas del cerebro.

Fuente: Tendencias21

Fabrican una retina en el laboratorio a partir de células madre

Investigadores japoneses han conseguido por primera vez convertir células madre de un mamífero en un ojo embrionario. Los resultados, de los que se hace eco la revista Nature, abren la posibilidad de que, en el futuro, se pueda restaurar la vista de personas ciegas con retinas trasplantadas generadas a partir de las propias células madre del paciente.

En sus experimentos, Yoshiki Sasai y sus colegas, del centro RIKEN de Biología del Desarrollo en Kobe (Japón), hicieron crecer células madre embrionarias de ratón en un medio de cultivo cuidadosamente diseñado, logrando que se diferenciaran y se ensamblaran por sí solas en una estructura tridimensional, una copa óptica, con dos paredes correspondientes a las capas interior y exterior de la retina durante el desarrollo de un embrión.

"Lo que hemos hecho ha sido resolver un problema de casi un siglo en la embriología, mostrando que los precursores retinales tienen la capacidad inherente de generar la compleja estructura de la copa óptica", dijo Sasai en un comunicado. "Estamos en el buen camino para generar no sólo distintos tipos de células, sino tejidos organizados" que puedan emplearse en la medicina regenerativa, añade.

Sasai y sus colegas acompañan el estudio con una serie de fotos y vídeos que registran por primera vez en tiempo real los estadios tempranos del desarrollo del ojo en los mamíferos, con la particularidad de que las imágenes no se han obtenido de animales vivos sino de un cultivo de laboratorio.

Fuente: Muyinteresante.es

Crean piezas de plástico que pueden repararse a sí mismas

Un grupo de ingenieros e investigadores de Fraunhofer-Gesellschaft ha desarrollado componentes de plástico que pueden autorrepararse, utilizando para ello polímeros elásticos que detienen en forma independiente el crecimiento de las microgrietas que pueden observarse en estos materiales, y que en ocasiones pueden desembocar en la rotura imprevista de los mismos. La aplicación de esta solución tendría un amplio campo de acción en distintas ramas de la industria.

Un importante avance hacia el logro de plásticos capaces de autorrepararse ha sido concretado a través de una investigación realizada en Fraunhofer-Gesellschaft. Los ingenieros emplearon polímeros elásticos capaces de detener el crecimiento de diminutas grietas que se presentan en los componentes al soportar distintas presiones. Muchos elementos, maquinarias y dispositivos industriales podrían beneficiarse con este adelanto.

Los elementos indestructibles pueden apreciarse únicamente en los avisos publicitarios y en el cine, por lo menos por ahora. Aunque los componentes de plástico empleados en la industria llegan a ser muy resistentes, todavía pueden romperse al soportar importantes cargas mecánicas.

Las microgrietas pueden encontrarse en cualquier parte de los componentes, y son tan diminutas que es imposible advertirlas durante el uso cotidiano. Como consecuencia de ellas, pueden producirse el imprevisto estallido de un neumático en un vehículo o el colapso de una silla de plástico al sentarse.

Las grietas y fracturas en los componentes de plástico se desarrollan lentamente o de un momento a otro, por eso es vital el avance obtenido por los especialistas alemanes. La investigación fue difundida a través de una nota de prensa de Fraunhofer-Gesellschaft y mediante un artículo publicado en el medio especializado Physorg.com.

Inspiración vegetal

Concretamente, los ingenieros alemanes han desarrollado elastómeros que pueden repararse a sí mismos, evitando de manera totalmente autónoma el crecimiento de las grietas desde un principio, para así poder superar el riesgo del colapso material espontáneo. La fuente de inspiración para este desarrollo fue el comportamiento de distintas especies vegetales, como por ejemplo el árbol de caucho Hevea brasiliensis.

El principio aplicado a los elastómeros tiene que ver precisamente con la forma de autocuración que practica el Hevea brasiliensis. Cuando el árbol de caucho sufre algún daño, libera naturalmente una proteína que se combina con las partículas de látex para cerrar la herida en su estructura.

Según el Dr. Anke Nellesen, del Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology, el nuevo proceso consiste en la carga de microcápsulas con un componente especial (poliisobutileno) en los elastómeros realizados con caucho sintético, para estimular así un mecanismo de autocuración del plástico.

Cuando las cápsulas advierten una presión determinada, se abren y expulsan el poliisobutileno, que se mezcla con las cadenas del polímero de los elastómeros y cierra las grietas producidas. El grupo ya ha tenido éxito en algunas pruebas, pero el efecto de autorreparación aún debe optimizarse.

Resultados prometedores

Los resultados sobre los elastómeros de caucho sintético indican la presencia de importantes propiedades de autorreparación, ya que los defectos provocados por la presión sobre el material se superaron y reestablecieron en un 40 por ciento, después de un periodo de reparación autónoma de 24 horas.

Por otra parte, una variante en el proceso parece también incrementar su efectividad. Los ingenieros alemanes han logrado todavía mejores resultados mediante el suministro de iones en los elastómeros. El árbol de caucho también actuó como modelo para este método complementario.

Al igual que en el árbol, los iones logran optimizar la adherencia y permitieron unir más rápidamente las partes dañadas. Considerando que las partículas con cargas opuestas se atraen (un ión positivo busca unirse con un ión negativo), el elastómero dañado se favorece con este proceso y logra reparar más fácilmente las grietas y fisuras.

Por otra parte, los iones permiten asegurar la estabilidad de las reparaciones realizadas. Una de las industrias que se podría ver más beneficiada con este desarrollo es la automovilística, y es por eso que los especialistas de Fraunhofer-Gesellschaft han desarrollado un prototipo de suspensión del silenciador con capacidad de autorreparación.

Fuente: Tendencias21

Un microbio crea butanol directamente a partir de celulosa

El butanol—una prometedora nueva generación de biocombustibles—posee más energía que el etanol y puede ser distribuido a través de oleoductos. Sin embargo, al igual que el etanol, la producción de biobutanol se centra en el uso de materias primas comestibles como la remolacha, el almidón de maíz y la caña de azúcar.

James Liao, ingeniero biomolecular de la Universidad de California en Los Ángeles, acaba de desarrollar dos vías para liberar al butanol de su dependencia de los cultivos alimentarios. Liao, con experiencia en procesos de comercialización de biocarburantes innovadores, ha demostrado que los microbios pueden producir el biocombustible avanzado directamente a partir de desechos agrícolas, así como de materias primas de proteínas como las algas.

La demostración de conversión directa de celulosa a butanol que ha hecho Liao podría reducir el coste de los biocombustibles de celulosa, que es actualmente prohibitivo. Su proceso basado en proteínas proporciona opciones de materias primas totalmente nuevas al campo de los biocombustibles.

Si bien son renovables, los biocombustibles se enfrentan a los ataques de activistas del medio ambiente y los alimentos, y el biobutanol no es una excepción: la primera generación de plantas de biobutanol en fase de desarrollo funcionará a base de azúcar y almidón a base de maíz. "El butanol posee algunas ventajas técnicas, pero el problema real es la cantidad de comida que se necesita para crear un galón de combustible", señala Jeremy Martin, científico senior de la Unión de Científicos Preocupados, un grupo de defensa con sede en Cambridge, Massachusetts, que forma parte de una amplia coalición que está presionando al Congreso para poner fin a los lucrativos créditos fiscales para el etanol de maíz.

Las innovaciones de Liao podrían poner fin a la asociación del biobutanol con el maíz—una asociación que, irónicamente, es en parte su responsabilidad. En 2008, Liao desarrolló una vía microbiana para convertir el azúcar en isobutanol, un isómero de butanol de alto octanaje. Esa innovación está siendo actualmente comercializada por Gevo, una startup con sede en Englewood, Colorado, de la que Liao es cofundador. Gevo recaudó 107 millones de dólares en una oferta pública inicial el mes pasado para apoyar sus planes de modernización de las plantas de etanol de maíz, y con ello pasar a producir isobutanol en su lugar.

Los planes para un cambio a la producción de biocombustibles a partir de materias primas de biomasa tales como el pasto varilla, los tallos de maíz, y el bagazo de caña de azúcar (o residuos vegetales) están, por su parte, moviéndose lentamente, debido a sus mayores costes. La Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. obligó al uso de sólo 6,6 millones de galones de etanol celulósico este año—menos de un 3 por ciento del objetivo de 250 millones de galones fijados por el Congreso hace cuatro años. El retraso viene dado por los pasos de procesamiento necesarios para descomponer estas materias primas celulósicas y generar así los azúcares para la fermentación; el proceso aumenta los costes considerablemente, por lo que las instalaciones de producción son difíciles de financiar.

El proceso directo de celulosa a butanol, desarrollado en colaboración con investigadores del Oak Ridge National Laboratory, promete simplificar las cosas, mediante la ampliación de las capacidades de fermentación de los microbios. La clave fue la adición de la vía de azúcar-a-isobutanol de Liao a un microbio, el Clostridium cellulolyticum, al que le gusta masticar la biomasa, pero que no suele crear butanol. El microbio fue aislado originalmente a partir de la hierba de abono, y hace dos años, Instituto Compuesto de Genoma del Departamento de Energía de los EE.UU. completó una secuencia de su genoma.

El resultado de la ingeniería genética, publicado este mes en la revista Applied and Environmental Microbiology, es un solo organismo que toma la celulosa y produce isobutanol. Liao afirma que la tasa de salida y la conversión son bajas, pero explica que esta "prueba de principio" es probablemente la parte más complicada del proceso de desarrollo. "El resto es relativamente sencillo. No es trivial, pero sencillo. Se convierte en una cuestión de financiación y recursos", afirma Liao.

El siguiente paso es mover las modificaciones genéticas a una variante de más rápido crecimiento del Clostridium o algún otro microbio. Liao apuesta que la tecnología podría estar lista para la producción en tan sólo dos años.

Un bache que podría ralentizar las cosas es el litigio sobre derechos de uso de la tecnología de Liao. Gevo está siendo demandada por violación de patente por el competidor Butamax Advanced Biofuels, una unión entre BP y DuPont que, al igual que Gevo, tiene planes para convertir las plantas de etanol basado en maíz en isobutanol. Butamax alega que el uso de Gevo de la ingeniería genética para crear butanol viola una amplia patente que los EE.UU. emitió a Butamax en diciembre de 2010.

Otro obstáculo es la preocupación sobre el impacto ambiental del uso de biomasa pesada. En enero, la EPA emitió un borrador de informe al Congreso sobre los impactos ambientales de la producción de biocombustibles. El informe destacaba varios problemas relacionados con la producción de combustibles basados ​​en biomasa. Señalaba que el uso de rastrojo de maíz (las hojas y tallos que quedan después de la cosecha) para producir combustibles, en lugar de arar los rastrojos de nuevo en tierras de cultivo, podría dar lugar a la degradación del suelo y ahogar los arroyos y ríos con mayores residuos. Los ecologistas han expresado su preocupación por el cultivo de tierras marginales que hayan sido reservadas para impulsar la diversidad biológica y proporcionar barreras de protección alrededor de cuerpos acuáticos.

La demostración de Liao de la E. coli modificada por ingeniería capaz de convertir la proteína en isobutanol también ofrece una alternativa potencial a las materias primas de biomasa: algas fotosintéticas de crecimiento rápido. Los proyectos actuales de I+D para el desarrollo de biocombustibles a base de algas tratan de convertir las grasas producidas por algas, que representan aproximadamente una cuarta parte de la masa de algas. Las proteínas, por el contrario, constituyen aproximadamente las dos terceras partes.

Sería posible, asegura Liao, crear un sistema de producción de reciclaje en el que los microbios productores de isobutanol estuvieran sostenidos por la proteína de las algas, así como por residuos industriales de fermentación recuperados de las rondas previas de la producción de butanol. Al igual que las algas, los residuos de fermentación están compuestos en gran parte de proteínas.

"Estos resultados demuestran la factibilidad del uso de proteínas para las bio-refinerías", escribió Liao y el equipo de UCLA este mes en la revista Nature Biotechnology.

Liao señala que las biorrefinerías de isobutanol alimentadas con proteínas probablemente tarden de cinco a 10 años en crearse, así que es probable que lo primero en llegar sea el isobutanol celulósico. Reconoce que las materias primas a base de proteínas de algas podrían, al igual que la biomasa celulósica, resultar tener costes imprevistos. Sin embargo una cosa es cierta, sostiene Liao: "Son sin duda mucho más sostenibles que el petróleo, el carbón o el azúcar".

Fuente: Technology Review

Posible hallazgo de una partícula subatómica desconocida en el Tevatron

Experimentos realizados en el acelerador de partículas del Fermilab de Chicago sugieren la existencia de una nueva y desconocida partícula subatómica, no predicha por las leyes fundamentales de la física. La confirmación de este hallazgo podría suponer que haya una quinta fuerza fundamental en la naturaleza, además de las cuatro fuerzas ya establecidas (la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte, el electromagnetismo y la gravedad), afirman los investigadores. Por otro lado, los científicos señalan que la partícula encontrada no es el bosón de Higgs o “partícula divina”, una misteriosa partícula subatómica perseguida desde hace años por los físicos.

xperimentos realizados en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de Chicago, laboratorio de física de partículas que contiene el acelerador de partículas Tevatron, han producido unos resultados que indican la existencia de una nueva y desconocida partícula subatómica, no predicha por las leyes fundamentales de la física.

Los físicos del Fermilab, entre los que se encuentran Pierluigi Catastini y Alberto Annovi, dedujeron la existencia de dicha partícula a partir de un pico o exceso de eventos de colisión entre partículas en el Tevatron. Las colisiones en el acelerador de partículas se produjeron entre protones y antiprotones.

Estos choques generan siempre un bosón W (partícula mediadora de la interacción nuclear débil ) y dos jets hadrónicos o chorros de hadrones (que son partículas subatómicas que experimentan la interacción nuclear fuerte ).

La novedad encontrada radica en que el pico de eventos de colisión se produjo en una región de masa en la que no se esperaba, publica el Fermilab en un comunicado. Dicho pico fue del mismo tipo que se suele asociar a la presencia de otras partículas subatómicas.

Registro en el CDF

Los datos sobre el exceso de colisiones fueron registrados por el Collider Detector (CDF), uno de los dos detectores del Tevatron, afirma Dan Hooper, un físico del Fermilab no implicado en la presente investigación, en declaraciones para la BBC.

El Tevatron acelera protones y antiprotones a una velocidad cercana a la de la luz y los hace colisionar de frente en el detector CDF. De esta forma, el CDF puede analizar los productos de dichas colisiones, y revelar cómo la materia se concreta y qué fuerzas producen la realidad física que nos rodea.

Hooper señala que futuros experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra podrían confirmar o refutar el descubrimiento realizado por el CDF. El grado de fiabilidad de los resultados obtenidos en el Tevatron es de 3.2 sigma (menos de una entre 1.375 posibilidades de que el efecto registrado sea fruto de una fluctuación estadística). En física, se considera que un descubrimiento tiene que tener un grado de fiabilidad de 5.0 sigma.

De constatarse en otros experimentos la existencia de la nueva partícula, ésta no estaría contenida en las predicciones del Modelo estándar de física de partículas, que es la teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales que se producen entre las partículas elementales que componen toda la materia.

Estas fuerzas son la interacción nuclear fuerte, la interacción nuclear débil, la interacción electromagnética y la interacción gravitatoria.

Otras implicaciones

Por otro lado, la futura constatación implicaría que existe un nuevo tipo de fuerza o interacción relacionada con las colisiones subatómicas, hasta ahora desconocida. Si hubiera una quinta fuerza fundamental en la naturaleza, habría que reescribir los libros de texto, afirma Hooper.

Curiosamente, diversos modelos propuestos en los últimos años habían postulado la existencia de nuevas interacciones fundamentales, más allá de las determinadas hasta ahora, y que podrían generar un exceso de colisiones similar al registrado por el CDF.

Por último, de confirmarse el descubrimiento, los físicos se verían obligados a reconsiderar la teoría utilizada para predecir el espectro de fondo. Esta teoría está basada en los procesos físicos estándar establecidos para explicar el comportamiento de las partículas.

La situación tendría importantes implicaciones porque en los cálculos empleados para la medición del espectro de fondo se aplican herramientas teóricas generalmente consideradas fiables y bien comprendidas, que conforman la base de muchas otras predicciones de la física de partículas.

Cuestionar dichas herramientas requeriría del desafío de la comprensión de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, que son el fundamento de la física de partículas actual.

No se trata del bosón de Higgs

Dada la naturaleza del pico de colisiones registrado, los científicos han descartado la posibilidad de que el exceso observado haya sido ocasionado por el bosón de Higgs.

Esta partícula subatómica, misteriosa y evasiva, está siendo buscada por los científicos del Tevatron y del LHC, porque se piensa que permea todo el universo y da masa al resto de las partículas subatómicas, incluyéndose a sí misma.

Los físicos creen que poder definir la masa y la posición del bosón de Higgs, al que se ha dado en llamar la “partícula divina”, supondría un logro científico sin precedentes que supondría hallar la clave perdida del Modelo Estándar de la física de partículas actual.

Sin embargo, según los investigadores, está claro que el pico de colisiones registrado no tiene relación alguna con el bosón de Higgs. Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en arxiv.org.

Fuente: Tendencias21

Un nuevo tipo de fármaco mata a las bacterias resistentes a los antibióticos

Un equipo de investigadores de IBM está diseñando nanopartículas que matan las bacterias abriendo agujeros en ellas. Los científicos esperan que los microbios sean menos propensos a desarrollar resistencia a este tipo de fármacos, lo que significa que podría ser utilizado para combatir el problema emergente de la resistencia a los antibióticos. Anteriormente, los fármacos de este tipo no han tenido mucho éxito en los ensayos clínicos, pero las pruebas iniciales de estas nanopartículas en animales son prometedoras.

Las bacterias resistentes a los medicamentos se han convertido en un problema importante. De acuerdo con el Centro para el Control y Prevención de Enfermedades de EE.UU., en 2005, cerca de 95.000 personas en los Estados Unidos desarrollaron una infección que puso su vida en peligro causada por estafilococos resistentes a múltiples antibióticos. Los microbios tardan sólo entre una y dos décadas en desarrollar la resistencia a los antibióticos tradicionales que atacan a una vía metabólica en concreto dentro de la célula, destaca Mary B. Chan-Park, profesora de ingeniería química y biológica de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, quien no participó en la investigación. En cambio, se cree que los fármacos que atacan las membranas celulares de los microbios es menos probable que evoquen la resistencia, o que lo hagan más lentamente, indica Chan-Park.

"Estamos tratando de generar polímeros que interactúen con los microbios de una manera muy diferente a los antibióticos tradicionales", señala James Hedrick, científico de materiales del laboratorio Almaden de IBM en San José, California. Para ello, el grupo de investigación de Hedrick sacó provecho de la labor realizada para la creación de una librería de unidades estructurales de polímeros que pueden mezclarse y combinarse para obtener nanopartículas complejas. Para producir una nanopartícula que atacaría selectivamente las membranas bacterianas y luego se descompondría en el interior del cuerpo sin causar daños, el grupo de IBM juntó tres tipos de unidades estructurales. En el centro de la secuencia de polímeros se encuentra un elemento estructural soluble en agua y adaptado para interactuar con las membranas bacterianas. En cada extremo de este elemento estructural se agrega una secuencia hidrofóbica. Cuando una pequeña cantidad de estas cadenas de polímeros se añaden al agua, las diferencias entre los extremos y el centro de la secuencia provoca que los polímeros se autoensamblen en nanopartículas esféricas cuyo caparazón está formado en su totalidad por la parte que interectuará con las células bacterianas. El trabajo se describe esta semana en la revista Nature Chemistry.

Los laboratorios de IBM no están equipados para pruebas biológicas, por lo que los investigadores colaboraron con Yan Yi Yang del Instituto Mexicano de Bioingeniería y Nanotecnología para poner a prueba las nanopartículas. Los investigadores determinaron que las nanopartículas podrían reventar y matar a las bacterias gram positivas, una extensa clase de microbios que incluye los estafilococos resistentes a los medicamentos. Las nanopartículas también mataron a hongos. Otros tipos de bacterias mortales que constan de diferentes tipos de membranas celulares no serían vulnerables a estas nanopartículas, pero los investigadores de IBM indican que están desarrollando nuevas nanopartículas que deberían poder atacar también a estas bacterias, aunque se trata de algo más difícil. "A través de la adaptación molecular", indica Robert Allen, director de química de materiales en IBM Almaden, "podemos hacer todo tipo de cosas"—diseñar partículas con la forma, carga, solubilidad en agua, u otras propiedades deseadas.

Los investigadores de IBM creen que el nuevo fármaco podría ser inyectado por vía intravenosa para tratar a personas con infecciones que ponen su vida en peligro. O también podría producirse en forma de un gel que podría aplicarse sobre las heridas para tratar o prevenir su infección.

Sin embargo, advierte Chan-Park, hasta el momento los otros fármacos que han utilizado este enfoque de perforación de la membrana no han tenido mucho éxito. Los que en la poyata de un laboratorio se han mostrado prometedores, han resultado o bien ser tóxicos para las células animales o, simplemente, no funcionaron en el complejo entorno del cuerpo humano.

Para determinar definitivamente si las nanopartículas son seguras y funcionan en las personas será necesario realizar más pruebas. Las pruebas iniciales de las partículas de IBM con células de sangre humana y en ratones vivos han sido prometedoras. Allen señala que las nanopartículas no interactúan con las células de la sangre humana porque su carga eléctrica es significativamente mayor que la de las células bacterianas. No se observaron signos de toxicidad en los ratones inyectados con las partículas y ninguno de ellos murió.

Además del desarrollo de nanopartículas capaces de atacar a otros tipos de bacterias, el grupo de IBM está trabajando en la fabricación de grandes cantidades de polímeros de diseño para aumentar la capacidad de producción actual de dos gramos hasta las cantidades del orden de los kilogramos necesarias para los ensayos clínicos más grandes. IBM no entrará en el negocio farmacéutico, comenta Allen, pero la empresa planea asociarse con una empresa del campo de la salud para licenciar los fármacos poliméricos.

Fuente: Technology Review

Diseñan baterías de litio con una autonomía similar a las de gasolina y diesel

Un equipo de investigadores de Risø DTU, el Laboratorio Nacional de Energía Sostenible de la Universidad Técnica de Dinamarca, está diseñando pilas de litio más duraderas, que podrían abastecer incluso a grandes camiones eléctricos. Estas baterías, denominadas Li-air, son, según sus creadores, una oportunidad prometedora para los coches eléctricos, porque la densidad de energía de estas baterías sería comparable a la de la gasolina y el diesel. En este proyecto también colaboran socios de la Escuela de Física de la DTU y científicos de EE.UU. y Japón.

esde hace unos años, la industria del automóvil vive la que podría denominarse como ‘revolución eléctrica’ del motor. En este proceso de cambio, los combustibles fósiles -indispensables hasta ahora para generar energía- tienen los días contados por tratarse de recursos no renovables y altamente contaminantes. Para sustituirlos, en este sector surgen continuamente nuevos avances tecnológicos respetuosos con el medio ambiente: sustitución de combustible por energía eléctrica, empleo de baterías de litio u otros metales…

Con respecto a estas últimas, hasta ahora estas grandes pilas no proporcionaban autonomía suficiente a los vehículos como lo hace el carburante convencional ni tampoco la potencia necesaria para alcanzar cierta velocidad.

Por ello, un grupo de científicos del Risø DTU, Laboratorio Nacional de Energía Sostenible la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) trabaja en el diseño de nuevas baterías de litio más duraderas y eficientes, tal y como cuentan en esta nota de prensa publicada en su portal web.

Al frente de esta iniciativa, en la que colaboran además socios de la Escuela de Física de la DTU e investigadores de EE.UU. y Japón, está Tejs Vegge, científico senior de la división de Investigación de Materiales del Risø DTU.

Según Vegge, las baterías de Li-air -nombre que reciben estas pilas- son una oportunidad prometedora para los coches eléctricos: “Si tenemos éxito en el desarrollo de esta tecnología, nos enfrentamos a la última irrupción de los coches eléctricos, porque en la práctica, la densidad de energía de las baterías de Li-air será comparable a la de las baterías de gasolina y diesel, si se tiene en cuenta que un motor de combustión sólo tiene una eficiencia de alrededor del 30 por ciento”.

Baterías a base de pilas de litio

La apuesta del equipo de Vegge por el litio como materia prima de las baterías de coches eléctricos se basa en sus propiedades: de origen natural, es un metal blando y uno de sus puntos fuertes es la ligereza. Además, es un metal muy reactivo y se corroe rápidamente en una atmósfera húmeda.

En concreto, “la batería de Li-air ha sido diseñada con un electrodo de litio (ánodo), un electrolito y un carbón poroso electrodo (cátodo), lo que atrae el oxígeno del aire cuando la batería está operativa.

De esta manera, la batería cuenta con una apertura en un extremo, por donde tiene un suministro propio de oxígeno. Durante la descarga, el oxígeno reacciona con el litio para formar peróxido de litio (Li2O2), y durante la carga, este proceso se invierte para liberar oxígeno. Ambas reacciones se producen en la superficie del electrodo de carbono poroso”, explican los científicos daneses.

Comportamiento ‘humano’ de la batería

Al igual que los seres humanos, la batería aumenta de peso y, en ocasiones, padece falta de aire, lo que en el caso de los humanos llamaríamos falta de aliento.

Según Soren Jensen Højgaard, investigador de la división de Pilas de Combustible y Química del Estado Sólido del Risø DTU que también trabaja en esta iniciativa: “La interacción con el aire requiere que el electrodo tenga una superficie muy grande. Los prototipos con los que estamos trabajando ahora cuentan con una densidad de corriente de aproximadamente un miliamperio por centímetro cuadrado de superficie, y esto ha de ser aumentado antes de que las baterías estén listas para ser utilizadas”.

Al mismo tiempo, el electrodo puede tener falta de aire: “El oxígeno absorbido por la batería reacciona con el litio para formar peróxido de litio, que puede provocar la obstrucción de los agregados en los canales de la batería, haciendo que se bloqueen y se prohíba el suministro de oxígeno adicional. En nuestras pruebas, utilizamos el oxígeno puro, pero los problemas se acumulan cuando el oxígeno tiene que ser extraído del aire ordinario”, afirma Soren Jensen Højgaard, quien matiza que “este aire contiene también humedad, y hay que tener en cuenta que el litio y la humedad no hacen una buena combinación”.

Dichos estudios, publicados en esta nota, complementan las investigaciones sobre baterías de litio realizadas por el laboratorio danés.

En cuanto a su vida útil, las actuales baterías son caras y sólo son capaces de almacenar una cantidad relativamente baja de energía, hecho que recoge este informe. sobre energía elaborado por Hans Larsen y Leif Sønderberg Petersen, ambos investigadores del Risø DTU.

“La densidad de energía en las baterías actuales es casi dos veces menor que la de los combustibles fósiles. Esto significa que un conjunto de baterías que contiene la energía correspondiente a 50 litros de gasolina pesa entre 1,5 y 2 toneladas”, afirma el estudio.

De la teoría a la práctica

Para probar las múltiples propiedades de la batería, los científicos emplearon un congelador: “Las baterías tienen que ser capaces de soportar fuertes heladas y el calor extremo, es decir, resistir hasta -60°C y temperaturas en torno a los 50°C”, puntualiza Søren Højgaard Jensen.

Otro de los retos de los investigadores daneses es aumentar la resistencia y capacidad de carga de estas baterías. Pero no sólo eso.

Además de la cantidad de carga que la batería debe ser capaz de soportar, también debe ser un proceso lo más rápido posible: “Piense en el volumen de energía transferida al repostar gasolina en su coche. Se tarda un par de minutos, y con ello usted puede recorrer otros 800 ó 1.000 kilómetros.

Este es un verdadero reto para las baterías de Li-air, ya que potencialmente pueden ser capaces de contener la misma cantidad de energía que la gasolina, pero se necesita mucho más tiempo para abastecerse de combustible”, asegura Tejs Vegge.

Estaciones de recarga más rápidas

Mientras los investigadores del Risø DTU siguen trabajando en el diseño de estas baterías de litio, cientos de kilómetros al este, concretamente en Alemania, la empresa Siemens ha lanzado recientemente la estación de recarga eléctrica CP700A, más rápida y segura para los conductores de vehículos eléctricos.

Las características de estas estaciones de recarga eléctrica se recogen en este informe, elaborado por la compañía.

Por un lado, durante la carga, el enchufe del vehículo y la manguera de carga no se separan sin autorización. Además, la estación tiene una salida de carga de 22 kilovatios y un sistema trifásico de corriente alterna de 32 amperios, lo que permite a los vehículos recargar en el intervalo de una hora, según se informa en esta nota.

Otra novedad es que para informar de la disponibilidad de uso, la iluminación exterior señaliza a una distancia si la estación está ocupada.

Los prototipos de esta estación de carga ya han sido utilizados en proyectos realizados por el Ministerio alemán de Medio Ambiente en varias regiones del país. Esta nueva estación de carga también se utilizará en el proyecto eMotion, patrocinado por la Unión Europea.

Fuente: Tendencias21